Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что означает cos на двигателе

Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны. Единица измерений активной мощности Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР). Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети. В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.

Соотношение энергий

Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами. Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:

ПриборМощность бытовых приборов, Вт/час
Зарядное устройство2
Люминесцентная лампа ДРЛОт 50
Акустическая система30
Электрический чайник1500
Стиральной машины2500
Полуавтоматический инвертор3500
Мойка высокого давления3500

Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.

Генерация активной составляющей

Обозначение реактивной составляющей:

Это номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.

Математически cos φ

Математически cos φ определяется как отношение активной мощности к полной или равен отношению косинуса этих величин (отсюда и название параметра).

Величина коэффициента мощности может изменяться в интервале 0 — 1 (либо в диапазоне 0 — 100%). Чем ближе его величина к 1, тем лучше, поскольку при величине cos φ = 1 – потребителем реактивная мощность не потребляется (равняется 0), следовательно, меньше потребляемая полная мощность в общем.

Низкий cos φ указывает на то, что на внутреннем сопротивлении потребителя выделяется повышенная реактивная мощность.

Когда токи / напряжения являются идеальными сигналами синусоидальной формы, то коэффициент мощности составляет 1.

В энергетике для коэффициента мощности используются следующие обозначения cos φ либо λ. В случае если для определения коэффициента мощности используется λ, его значение выражают в %.

Геометрически коэффициент мощности можно изобразить, как косинус угла на векторной диаграмме между током, напряжением между током, напряжением. В связи с чем при синусоидальной форме токов и напряжений величина cos φ совпадает с косинусом угла, от которого отстают эти фазы.

Короткое видео о кратким объяснением, что такое коэффициент мощности:

Реле контроля мощности и cos φ: двигатель как датчик

Реле контроля нагрузки позволяют без применения дополнительных компонентов контролировать различные варианты сбоя в работе промышленного оборудования, имеющего своим основным элементов двигатель или насос. Для этого реле контроля подключается в цепь питания электродвигателя (насоса), измеряет активную мощность или коэффициент мощности (cos φ) и осуществляет управляющее воздействие при выходе контролируемых значений за предустановленные пороги срабатывания.

Примеры применения для двигателей:

  • ограничение грузоподъемности кранового оборудования
  • контроль свободного места в пресс-компакторах
  • отсутствие потока воздуха, засоренные фильтры, в вентиляционных системах
  • износ или повреждение режущего/сверлящего инструмента в станках
  • наличие/отсутствие обрабатываемого материала в станках
  • повреждение сверла или режущего элемента в станках
  • определение вязкости перемешиваемой субстанции (миксеры)
  • контроль работы конвейеров (обрыв клинового ремня, блокировка, наличие и количество груза)
  • блокировка, недогрузка и простой, износ элементов дробильного оборудования

Примеры применения для насосов:

  • защита насосов от сухого хода (без датчиков!)
  • перегруз при застревании инородного материала или засорении канала
  • определение наличия закрытых вентилей
  • засоренные фильтры
  • износ механических деталей
  • разрушение рабочего колеса вследствие воздействия кавитации

В виду того, что реле контроля мощности и коэффициента мощности cos φ контролируют не параметры цепи измерения (как, например, реле контроля фаз), а именно состояние установки в работе, их так же называют реле контроля нагрузки. Под нагрузкой тут подразумевается именно контролируемое оборудование.

Для вычисления активной мощности или коэффициента мощности (cos φ) необходимо измерить величины напряжений и ток по одной из фаз, непосредственно в цепи питания электродвигателя (насоса).

Реле контроля нагрузки могут применяться для 1- и 3-фазных нагрузок.

Наблюдение за изменением мощности, потребляемой электродвигателем (или насосом) во время работы позволяют делать ряд полезных выводов о состоянии как непосредственно самого двигателя (насоса), так и, что более важно, о состоянии всей установки (станка, конвейера, дробилки, вентиляционной системы, пресс-компактора и т.п.).
Это позволяет с успехом использовать их для защиты оборудования от критических сбоев или для заблаговременного информирования о необходимости технического обслуживания.

Для дополнительных примеров применения рекомендуем ознакомиться с буклетами:

Какие варианты контроля нагрузки существуют?

Реле контроля активной мощности (P) — позволяют уверенно контролировать как ситуацию перегрузки, так и ситуацию недогрузки. Наиболее универсальный вариант контроля.

Реле контроля коэффициента мощности (cos φ) — позволяют уверенно определять только ситуацию недогрузки, т.к. коэффициент мощности существенно изменяется в этом случае, но практически не изменяется при возникновении ситуации перегрузки.

Реле контроля тока (I) — позволяют уверенно определять только ситуацию перегрузки, т.к. в этом случае ток сильно возрастает.

Сигнал на выходе:

Релейный контакт — наиболее типичный вариант. Позволяет непосредственно осуществлять управляющее воздействие (запрет на работу установки) или информировать об обнаруженном сбое (индикация на пульте управления). Некоторые устройства имеют 2 перекидных контакта и позволяют определять разные пороги срабатывания для каждого.

Стандартный сигнал 4..20мА — позволяют завести данные в контроллер и далее обрабатывать их с помощью специальной программы (накопление данных, сопоставление между разными периодами для выявления незначительных нарастающих отклонений в работе, сбор статистики и т.д.)

Передача данных в промышленные сети — позволяет добавить нужную функциональность в уже существующую конфигурацию оборудования.

Читать еще:  Гул в двигателе на холостых опель

Преимущества реле контроля мощности и коэффициента мощности (cos φ):

  • — предельная простота при монтаже (в существующий щит, не требуется механических работ, как, например, при монтаже тензодатчиков)
  • — позволяют добавить функциональность в уже смонтированные системы при минимальных затратах времени, сил и средств
  • — уверенное определение ситуаций сбоя (перегруз, обрыв ремня, сухой ход, закрытый вентиль и проч.)
  • — простота настройки (достаточно определить номинальное значение на работающей системе и установить пороги срабатывания)

Диапазон измерения:

Для двигателей небольшой мощности измерение параметров можно проводить напрямую (т.е. без использования трансформаторов тока), в зависимости от выбранного изделия:

    диапазон измерения тока до 10А, двигатель до

4.7кВт
диапазон измерения тока до 12А, двигатель до

5.7кВт
диапазон измерения тока до 16А, двигатель до

Для расширения диапазона измерения используются трансформаторы тока: DSW и WSW. На один двигатель требуется один трансформатор.

Устройства для типичных задач:

  • G4BM480V12ADTL20 24-240VAC/DC — реле контроля активной мощности с цифровым дисплеем и возможностью задания разных порогов срабатывания для каждого из 2 выходных контактов. Наличие цифрового дисплея позволяет отображать контролируемые величины в режиме реального времени, что облегчает настройку устройства.
  • G2BM400V12AL10 + TR2-400VAC — реле контроля активной мощности с 1ПК. Подходит для большинства ситуаций.
  • G2BA480V12A 4. 20mA — измеряющий преобразователь активной мощности с аналоговым выходом 4..20mA. Для использования совместно с ПЛК.
  • G2CU400V10AL10 + TR2-400VAC — реле контроля коэффициента мощности (cos φ) для защиты насоса от сухого хода.
  • DSW и WSW — трансформаторы тока для расширения диапазона измерения. 1 двигатель = 1 трансформатор (измерение тока производится только по одной фазе). Требуются для двигателей свыше 5.7 или 7.5кВт (в зависимости от выбранного реле контроля).

Способы увеличения «косинуса фи»

Вышеперечисленные последствия низкого cos φ с достаточной убедительностью говорят о том, что необходимо вести борьбу за высокий cos φ. К мерам увеличения cos φ относятся:

  1. Правильный выбор типа, мощности и скорости вновь устанавливаемых двигателей;
  2. Увеличение загрузки двигателей;
  3. Недопущение работы двигателей вхолостую продолжительное время;
  4. Правильный и высококачественный ремонт двигателей;
  5. Применение статических (то есть неподвижных, невращающихся) конденсаторов.

Малый вес конденсаторов, отсутствие вращающихся частей, незначительные потери энергии в них, легкость обслуживания, безопасность и надежность в работе дают возможность широкого применения статических конденсаторов для повышения cos φ двигателей.

Подбирая величину емкости при параллельном соединении и емкости, можно добиться уменьшения угла сдвига фаз между напряжением и общим током при неизменной активной и реактивной мощности, потребляемой ветвью с индуктивностью. Этот угол можно сделать равным нулю. Тогда ток, текущий на общем участке цепи, будет иметь наименьшую величину и совпадать по фазе с напряжением сети.

Это явление называется компенсацией сдвига фаз и широко используется на практике.
По экономическим соображениям невыгодно доводить угол φ до нуля, практически целесообразно иметь cos φ = 0,9 – 0,95.

Рассмотрим расчет емкости конденсаторов, которые нужно включить параллельно индуктивной нагрузке, чтобы повысить cos φ до заданной величины.

На рисунке 1, а изображена схема включения индуктивной нагрузки в сеть переменного тока. Для увеличения коэффициента мощности параллельно потребителю включена батарея конденсаторов. Векторная диаграмма начинается с построения вектора напряжения U. Ток I1 вследствие индуктивного характера нагрузки отстает по фазе от напряжения сети на угол φ1. Необходимо уменьшить угол сдвига фаз между напряжением U и общим током до величины φ. Иначе говоря, увеличить коэффициент мощности от значения cos φ1 до значения cos φ.

Рисунок 1. Увеличение cos φ при помощи статических конденсаторов:
а – схема включения; б – векторная диаграмма

Отрезок ос, представляющий активную слагающую тока I1, равен:

Пользуясь выражением мощности переменного тока

отрезок ос выразим так:

Ток на общем участке цепи I равен геометрической сумме тока нагрузки I1 и тока конденсатора IC.

Из треугольника оас и овс имеем:

Из диаграммы получаем:

Так как и ab = IC , то

Вместе с этим, как было указано выше,

Пример 1. Электрические двигатели шахты потребляют мощность 2000 кВт при напряжении 6 кВ и cos φ1 = 0,6. Требуется найти емкость конденсаторов, которую нужно подключить на шины установки, чтобы увеличить cos φ до 0,9 при f = 50 Гц.

Решение.

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560 с.

Экономия энергии с частотным преобразователем

Использование преобразователя частоты для питания и плавного пуска асинхронного электродвигателя позволяет экономить до от 30 до 60%. Это происходит за счет оптимизации режима работы двигателя с помощью частотного преобразователя. При малой нагрузке можно уменьшить напряжение на двигателе, а управляя частотой выходного напряжения, поддерживать требуемую скорость.

Фильтр в звене постоянного тока частотного преобразователя хорошо справляется с реактивным током на первой гармонике, а остальные могут успешно подавляться фильтрами, включаемыми как в цепи переменного напряжения преобразователя частоты со стороны сети, так и в цепи переменного напряжения после преобразователя, на стороне двигателя.

Способность преобразователя частоты заряжать конденсаторы звена постоянного тока до некоторой степени тоже экономит энергию. Если механизм движется по инерции непродолжительное время, то выходной инвертор может быть использован как выпрямитель и заряжать емкость звена постоянного тока. Длительно это происходить не может, так как заряд конденсатора ограничен его номинальным напряжением и это как раз величина выходного напряжения инвертора частотного преобразователя в режиме торможения. для этих целей в схему преобразователя частоты добавляют тормозной резистор, делается это внешним образом, так как этот резистор будет выделять много тепла и корпус преобразователя частоты может его не выдержать.

Использование преобразователя частоты “из коробки” никак не гарантирует беспроблемность с экономией энергии. Потребитель должен вникнуть в условия эксплуатации каждого экземпляра преобразователя частоты, который он приобрел и устанавливает на своем производстве. В цепи переменного тока для повышения кпд необходимо правильно подбирать мощности двигателя и преобразователя. Если нагрузка на двигатель не достигает его номинальной мощности, то можно использовать марку преобразователя частоты для двигателя меньшей мощности. Необходимая величина выходного напряжения будет при этом обеспечена, скорость вращения также. Но это не самый экономный вариант для частотного преобразователя. И частотник, и двигатель должны соответствовать по мощности друг другу. Можно подключать несколько двигателей параллельно, при условии, что они работают в одинаковых условиях и в сумме имеют номинальную мощность как у преобразователя. В этом случае не обязательно покупать преобразователи по отдельности для каждого двигателя.

Читать еще:  Влияет ли заряд аккумулятора на работу двигателя

Коэффициент мощности частотного преобразователя довольно близок к 1, не меньше 0,98 в худшем случае. Вся реактивная мощность двигателя поглощается в звене постоянного тока на любых режимах его работы. Все оставшееся, это только влияние нелинейности выпрямителя. Для мощных двигателей, а значит, и больших токов во входной сети преобразователя, будут заметны импульсные помехи. Так что коэффициент мощности частотника это вопрос не энергетический, а электромагнитной совместимости. чтобы избавиться от помех, может понадобиться экранирование кабелей или прокладка их в трубах, при заземлении экранов или труб. Важно не нарушать также и те правила заземления, которые указаны в инструкции на каждый преобразователь. Каждый преобразователь должен напрямую соединяться с шиной заземления и никак иначе. Иначе образуются контуры, которые будут создавать помехи чувствительному оборудованию.

Нелинейные искажения тока

Потребители электроэнергии с нелинейной вольт­амперной характеристикой (с коэффициентом мощности, меньшим единицы) создают ток, который меняется непропорционально мгновенному напряжению в сети (как правило, форма тока при этом отличается от синусоидальной). Соответственно искажается форма напряжения на данном участке электросети, что приводит к ухудшению качества электроэнергии. В зависимости от характера нагрузки можно выделить следующие основные виды нелинейных искажений тока: это фазовый сдвиг, вызванный реактивной составляющей в нагрузке, и несинусоидальность формы тока. Несинусоидальные искажения, в частности, имеют место, когда нагрузка несимметрична в разных полуволнах сетевого напряжения.

Несинусоидальность

Несинусоидальность — вид нелинейных искажений напряжения в электрической сети, который связан с появлением в составе напряжения гармоник с частотами, многократно превышающими основную частоту сети. Высшие гармоники напряжения оказывают отрицательное влияние на работу системы электроснабжения, вызывая дополнительные активные потери в трансформаторах, электрических машинах и сетях; повышенную аварийность в кабельных сетях; уменьшение коэффициента мощности за счёт мощности искажения, вызванной протеканием токов высших гармоник; а также ограниченное применение батарей конденсаторов для компенсации реактивной мощности.

Источниками высших гармоник тока и напряжения являются электроприёмники с нелинейными нагрузками. Например, мощные выпрямители переменного тока, применяемые в металлургической промышленности и на железнодорожном транспорте, газоразрядные лампы и др.

Активная и реактивная мощность

Активная и реактивная мощность

Сообщение chegevara » 19 май 2017, 14:30

Активная и реактивная мощность

Сообщение Ryzhij » 19 май 2017, 16:04

Активная и реактивная мощность

Сообщение rwg » 19 май 2017, 18:00

Активная и реактивная мощность

Сообщение Михайло » 20 май 2017, 09:33

Для полноты и точности картины важно понимать, что единственным реальным током является полный ток. В сетях переменного тока есть такая досада — генератор выдает потребителю большой ток (полный ток), а фактически потребитель (двигатель) вырабатывает мощность чуть ниже, чем если считать по полному току. Неприятно это тем, что провода, автоматические выключатели и т.п. рассчитываются по полному току, имеют большое сечение, большие габариты, но при этом происходит недоиспользование возможностей.
Теперь о причинах этой картины. Картина становится ясной, если посмотреть картинку из учебника, где напряжение опережает ток и показаны графики мгновенной мощности (полной мощности).

Почему ток отстает от напряжения по фазе? Ответ: потому что ток определяется нагрузкой. Если нагрузка индуктивная, то она по ранее изученному закону Ленца сдвигает ток относительно напряжения в сторону отставания. Получается так, что генератор как бы пихает энергию в нагрузку, а та отталкивает ее в некоторой части обратно в силу своей природы.

Активных и реактивных токов, активной и реактивной мощности фактически не существует, это чисто математические фокусы а-ля комплексных чисел. Тем не менее нужно уметь это все вычислять, чтобы правильно подбирать индуктивности, емкости, сопротивления и т.п. Активная мощность (ток) — это та доля, которая фактически потребилась потребителем, реактивная мощность (ток) — эта доля, которую нагрузка «оттолкнула» обратно в генератор. Соответственно нужно стремиться увеличить активную составляющую и уменьшить реактивную, чтобы было максимальное использование мощности сети, максимальный косинус фи, активная составляющая равнялась полной.

Компенсация реактивной мощности: если в схему с индуктивностью добавить немного емкости (не перебарщивая), то мы будем наблюдать, что получившаяся схема увеличила свой коэффициент мощности (косинус фи). Это называется компенсацией реактивной мощности. Хитрость заключается в том, что как раз в те моменты времени, когда индуктивная нагрузка выталкивает из себя энергию, емкостная нагрузка желает потребить эту энергию. Можно убедиться в этом, если построить графики мгновенной мощности для индуктивности и емкости при переменном напряжении.

При компенсации реактивной мощности индуктивность и емкость как бы дополняют друг друга, они обмениваются между собой реактивной мощностью, не занимая при этом источник энергии. Для источника энергии компенсированная нагрузка представляет собой нагрузку с высоким косинусом фи. Компенсация реактивной мощности представляет собой реальное техническое решение проблемы недоиспользования мощности.
Есть еще понятия «резонанс токов» и «резонанс напряжений» — это названия для тех случаев, когда индуктивности добавляют ровно столько емкости, чтобы не переборщить. Это оптимальные случаи компенсации реактивной мощности для параллельного и последовательного соединения реактивных нагрузок. Подробности — в учебниках.

Читать еще:  Что такое компьютерная диагностика дизельного двигателя

***
А еще у нас преподаватель постоянно просил дать определение реактивной энергии. Если реактивная мощность еще как-то математически определена, то реактивной энергии не существует даже математически. Например, говорить «компенсация реактивной энергии» некорректно. Это просто к слову.

Активная и реактивная мощность

Сообщение Ryzhij » 21 май 2017, 05:23

Мощность, ЛЮБАЯ, это энергия в единицу времени.
Не бывает такого, что вот мощность есть, а энергии нет.

Это так, к слову 😉

Активная и реактивная мощность

Сообщение Михайло » 21 май 2017, 06:15

Активная и реактивная мощность

Сообщение Ryzhij » 21 май 2017, 08:23

Активная и реактивная мощность

Сообщение Михайло » 21 май 2017, 15:21

Активная и реактивная мощность

Сообщение Jackson » 22 май 2017, 12:14

Активная и реактивная мощность

Сообщение Jackson » 22 май 2017, 15:15

Это не совсем так. Реактивную мощность нельзя забрать или отдать — она болтается туда-сюда как селёдка по закрытой банке и никуда не девается. Чтобы забрать мощность, её нужно куда-то передать, соответственно чтобы отдать — её нужно где-то взять. Это первое.

Второе. Мощность генератора будет такой, какова его нагрузка (нет нагрузки — нет никакой мощности) по отношению к этому генератору. Генератор сам по себе эту мощность не выдаст — закон сохранения.

Так что когда Вы говорите про двигатель — говорите какую нагрузку он создаёт. А когда говорите про генератор — говорите про то какую нагрузку он на себя принял. Если нормально нагрузка у нас индуктивная, то и на генератор она ляжет индуктивная.

Третье. Случай параллельной работы генераторов, когда мощность — как активная так и реактивная распределяются между двумя источниками. Это два независимых (по управлению и в теории) параметра генератора — активная мощность и реактивная.
С активной мощностью при параллельной работе всё просто: если она положительна значит генератор генерирует, если отрицательна — потребляет (и подкручивает собой приводной двигатель). Это называется обратная мощность или двигательный режим. Но солярку при этом приводной двигатель вырабатывать, к сожалению, не будет.

С реактивной принцип тот же, но чуть сложнее для понимания. Если нормально нагрузка индуктивная, то нормально и на генераторах она индуктивная, но может получиться так что на одном генераторе реактивной мощности вовсе не будет, или она будет даже емкостная (при общей индуктивной) — это значит что этот генератор недостаточно возбуждён и требуется энергия для того чтобы поддерживать его напряжение (шины-то общие), чем он дополнительно нагружает другой генератор. Может быть даже так что общая нагрузка чисто активна, но из-за разного возбуждения генераторов на одном видим cosФ = 0,8i, а на другом — 0,8c.

Где-то каша в голове — либо у Вас либо у автора сего.

Продолжим. Каналы управления генераторами при их параллельной работе по активной и реактивной мощности разные и независимые. Активная мощность создаёт тормозной момент на валу генератора, значит чем больше дадим топлива (газу) тем больше он возьмёт на себя активной мощности, и наоборот. можно отрегулировать его так чтобы он активной мощности ни выдавал ни потреблял, всю активную мощность возьмут на себя другие источники, с которыми он работает параллельно.
Реактивная мощность никакого момента в теории на валу не создаёт (на практике создаёт но очень незначительный и не у всех генераторов), но определяется степенью возбуждения генератора, то есть регулируя ток возбужения (так же как и топливо — больше/меньше) можно добиться чтобы генератор взял на себя реактивную нагрузку, начал наоборот создавать её, или работал в 0. Как и с активной мощностью.

Теперь про санитара леса. Раз каналы управления разными мощностями разные, то логично, если не создавать момент на валу (работать с 0 активной мощностью) кидать на генератор реактивную нагрузку. Эта идея одно время широко применялась на судах, где валогенератор, что приводился в движение главным двигателем вместе с гребным винтом, работал в режиме т.н. синхронного компенсатора: включается в судовую сеть как обычный генератор, но регулируется так что активной мощности на себя не берёт и соответственно главный двигатель не нагружает, а реактивную нагрузку принимает на себя сколько может чем разгружает остальные генераторы. Генератор с собственным независимым приводом в таком режиме гонять бессмысленно экономически — двигатель все равно будет его вращать, топливо потреблять, ресурс расходоваться а без нагрузки ДВСы и малые турбины плохо работают (точнее очень недолго). Но если уже есть какой-то приводной двигатель который что-то вращает, то можно навесить на него ещё и синхронный генератор и включить его в сеть — пусть берёт на себя только реактивную нагрузку.

Только это выливается в требования к автоматике, редуктор нужно с отбором мощности сделать, сам генератор небесплатный и габаритный, и на технологию повлияет. Например на судне, которое идёт с включенным валогенератором, у капитана нет свободы манёвра потому что обороты ГД должны быть постоянными (иначе он всю судовую электросеть завалит) — значит делаются гребные винты регулируемого шага со своей непростой механикой и автоматикой. Короче нюансов много и далеко не везде это применимо. Но на океанских торговых судах оправдано — на трансокеанском переходе в течение недели-двух а то и больше никаких маневров не планируется, незачем гонять независимые генераторы, когда главный двигатель всё равно крутится и всё время с постоянными оборотами — тут либо полностью переходят на валогенератор, либо используют валогенератор как раз в режиме синхронного компенсатора.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector